JPH0389896A - ステッピングモータの駆動方法および駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ステッピングモータの駆動方法および駆動装
置に関する。

（従来の技術） 周知のように、ステッピングモータはデジタル信号によ
る駆動が容易で、しかもオーブンループ制御ながら高精
度な位置決めが可能であることから、ＯＡ機器の分野を
はじめ多くの分野で使用されている。

代表的なステッピングモータは、外周面に小歯を複数等
ピツチに有したロータを設け、このロータの外側にステ
ータコアを配置し、このステータコアの内面に相数に対
応した数のステータ突極を設け、これら突極のロータと
対向する面に小歯を複数等ピツチに設け、さらに各ステ
ータ突極の外周にそれぞれ励磁巻線を装着したものとな
っている。そして、駆動装置で各励磁巻線を定められた
シーケンスにしたがって順次、切換励磁し、これによっ
てステータ側小歯に対向するロータ側小歯に吸引、力あ
るいは反発力を作用させてステップ動作を行なわせる構
成となっている。

ところで、上記のように構成されるステッピングモータ
では、低速域ではロータが階動することによって速度変
動が生じ、また高速域では周波数応答特性の低下から階
動はしないものの励磁相聞の出力トルクのばらつきが原
因して速度変動が生じる。この速度変動について、さら
に第２０図から第２３図を用いて説明する。第２０図は
ハイブリッド形（同極形）の５相ステツピングモータを
低速駆動したときのトルク特性を示している。この例は
励磁シーケンスが１０ステツプの繰り返しになっている
場合で、しかも励磁相聞でのトルク特性にばらつきが存
在していない場合である。今、点Ｐで停＋ｈ　Ｌでいる
初期状態から励磁をスタートさせた場合、停止点から次
のステップの励磁を行なうと、１で示すトルクカーブか
ら２で示すトルクカーブに切換わる。この瞬間、トルク
が発生し、ロータは１ステツプだけ進んで点Ｑで停止す
る。

さらに、駆動シーケンスしたがって励磁を順次切換える
と、ロータが連続的に移動する。この図から判るように
、出力トルクは太線のように大きく変動する。このため
、ロータには励磁切換え周波数に一致した速度変動が生
ずる。

上述した例は、５つの励磁相聞に出力トルクのばらつき
が存在していない場合の例であるが、実際には各励磁相
聞に出力トルクのばらつきが必ず存在している。したが
って、第２１図に示すように、１〜０のトルクカーブに
ばらつきが存在している場合には、そのばらつきの変動
周波数に等しい速度変動が重畳されることになる。

一方、高速駆動したときには次のような現象が生じる。

すなわち、第２２図は上述したハイブリッド形５相ステ
ッピングモータを１５００Ｈｚで励磁切換（これをパル
スレー）　１５００り　ｐ　ｓと呼ぶ。）したときの速
度変動を示し、また第２３図はそのときのパワースペク
トルを示している。第２３図から明らかなように、顕著
な速度変動のピークレベルが１５０Ｈｚに現れており、
これは励磁周波数の１／１０に相当している。このよう
な速度変動は、励磁相間の出力トルクのばらつきに起因
しているものである。

このように、ステッピングモータが低速で動作している
ときには、１ステツプ毎に速度受動が起こり、また高速
領域では励磁相聞の出力トルクのばらつきに起因して数
ステップに相当する周期の速度変動が生しる。このよう
な速度変動は、ステッピングモータの大きな欠点となっ
ており、特に、精密機器の駆動源として使用した場合に
は、速度変動のために要求性能を満たさないことが多々
ある。以上はステッピングモータに起因する速度変動に
ついて説明したが、実系統に組み込んた場合には、負荷
のたとえば質量アンバランス等による速度変動も現れ、
系全体ではこれらが重畳された速度変動が生じることに
なる。

そこで、このような速度変動を低減するために、従来は
ロータ軸や負荷軸にダイナミックダンパを取付けたり、
トルク伝達機構の中間に減衰材を挿入して抑制したり、
あるいは大きなフライホイールを用いて回転を円滑化し
たりする手法が採用されている。また、機械的付加手段
により速度変動を低減できない場合には、１ステツプ移
動量を小さくするためにロータおよびステータの小歯の
ピッチを狭めたり、励磁相の数を増したりするなどして
、ステッピングモータの構造を変更することにより速度
変動を低減することも試みられている。

さらに、電気的な手法として、異なる励磁相への印加電
流を段階的に増減して、ロータの励磁停止点を段階的に
ずらすことにより、１ステツプを数ステラプル数１０ス
テップに分割する、いわゆるマイクロステップ駆動方式
で速度変動を低減させようとする試みもなされている。

しかしながら、外部的付加要素を設けて速度変動を低減
する方式では全体の大型化を招くばかりか、大きな速度
変動低減効果を期待できないと言う問題があった。また
、マイクロステップ駆動方式を採用しても、異なる励磁
相聞でトルク特性にばらつきのある場合には、やはり大
きな速度変動低減効果が得られない問題があった。

（発明が解決しようとする課８） 上、述の如く、従来の速度変動低減方法では、外部付加
要素を必要としたり、構造変更を必要としたりし、簡便
に、かつ効果的に速度変動を低減することが困難であっ
た。

そこで本発明は、簡単な電気的手法で、速度変動を極め
て小さくできるステッピングモータの駆動方法および駆
動装置を提供することを目的としている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明では、ステータ側に
設けられた複数の励磁巻線を所定の順序で切換え励磁す
るに当り、そのステッピングモータ固有またはそのステ
ッピングモータおよびこのモータによって駆動される負
荷を含めた系の固有の速度変動に対応させて励磁を切換
える時間間隔を周期性を持たせて変動させるようにして
いる。

この場合、励磁の切換えに供されるパルスのパルスレー
トを上記固有の速度変動とは逆位相に変動させると効果
的である。また、励磁切換えタイミングの時間間隔を、
より細かく変動させるためにマイクロステップ駆動方式
を併用することも効果的である。

（作　用） ステッピングモータの励磁切換タイミングの時間間隔を
一定に保って駆動すると、各励磁相でのトルク特性のば
らつき等が原因して必ず固有の速度変動が生じる。本発
明では、上記固有の速度変動と同周期で、かつ逆位相と
なり、しかも適度な振幅を持つように励磁の切換に供さ
れるパルスのパルスレートを変動させている。この結果
、両変動による速度変動が互いに打消し合って固有の速
度変動が低減される。

なお、固有の速度変動の周波数が比較的高周波領域にあ
る場合には、マイクロステップ駆動方式を併用し、ステ
ッピングモータの基準ステップ量を分割すると共にパル
スレートをより滑らかに変動させることによって効果的
に速度変動を低減させることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明を適用した駆動装置の概略構成が示さ
れている。

図中１はハイブリッド形（同極形）で５相のステッピン
グモータを示し、２は駆動装置を示している。

ステッピングモータ１は、ロータ１０と、ステータ２０
とで構成されている。ロータ１０は質量バランスのとれ
た図示しない回転負荷に連結されている。

ロータ１０は、第２図に示すように、非磁性材で形成さ
れた軸１１と、この軸１１の外周に装着されるとともに
軸方向に着磁された永久磁石１２と、永久磁石１２の両
端側からそれぞれキャップ状に装着された磁性材製の歯
切りカップ１３ａ。

１３ｂとで構成されている。歯切りカップ１３ａ。

１３ｂには、この例ではそれぞれ周方向に等ピッチに５
０個の小歯１４が形成されている。なお、歯切りカップ
１３ａ側の小歯１４と、歯切りカップ１３ｂ側の小歯１
４とは周方向に１／２ピツチの位相差を持って設けられ
ている。一方、ステータ２０は、第３図に示すように、
ロータ１０を囲むように配置されたステータコア２１と
、このステータコア２１の内面に突設された１０本のス
テータ突極２２と、これらステータ突極２２の先端部に
等ピッチに設けられた小歯２３と、ステータ突極２２に
巻装された励磁巻線２４とで構成されている。なお、各
励磁巻線２４は、相対向するステータ突極２２に装着さ
れたもの同志が直列あるいは並列に接続され、これによ
って５つの励磁相Ａ１Ｂ％Ｃ，Ｄ、Ｅに区分けされた５
相構成となっている。

駆動装置２は、大きく別けて、励磁回路３０と、分配回
路４０と、記憶回路５０と、演算回路６０と、速度設定
器７０とで構成されている。

励磁回路３０は、第４図に示すように、各励磁相を構成
する励磁巻線の両端をそれぞれパワートランジスタ３１
．３２を介して電源ライン３３．３４に接続し、対角線
上に位置するパワートランジスタ同志を順番にオン、オ
フすることにより、各相の励磁巻線に正あるいは負の電
流を流し、ステータ２０とロータ１０との間に磁界を発
生させるように構成されている。

分配回路４０は、後述する演算回路６０の出力パルスに
したがって第５図に代表的な励磁シーケンスを示すよう
に、各相の励磁巻線に励磁電流を流すべくパワートラン
ジスタ３１．３２をオン、オフ制御するベース信号を出
力するように構成されている。この例では１０ステツプ
の繰り返しになっている。

記憶回路５０は、この例では駆動対象であるステッピン
グモータ１の固有の速度変動を記憶している。すなわち
、この駆動装置２では、ステッピングモータ１の製作後
、使用最大速度までの範囲を複数段階に分け、各段階に
おける１０ステツプ範囲の速度変動を調べておき、これ
ら速度変動データを速度変動振幅を考慮に入れた１周期
分の正弦波状の変動波に模擬し、この速度変動データを
予め記憶回路５０に記憶させている。

演算回路６０は、速度設定器７０（パルス発生手段）か
ら速度設定信号が与えられると、設定速度に対応した速
度変動データを記憶回路５０．から読出し、設定速度と
速度変動データとに基いて分配回路４０に供給する出力
パルスの間隔（ステップ間隔）を制御する。なお、この
とき記憶回路５０から読み出される速度変動データの位
相を考慮に入れ、パルス時間間隔の逆数で定義されるパ
ルスレートの変動が速度変動に対してはほぼ逆位相とな
るように上記パルス間隔を制御している。

このような構成であると、速度設定器７０である速度を
設定すると、この速度設定器７０の出力は一定の傾斜で
設定速度に対応するレベルまで増加する。速度設定器７
０の出力が立ち上がると、ａ算回路６０が速度設定器７
０の出力に対応した速度変動データを記憶回路５０から
読み出し、上記出力と読み出された速度変動データとに
基いて出力パルスの時間間隔を制御する。このパルス間
隔のパルスレートの変動は、記憶回路５０から読み出さ
れる速度変動データに対してほぼは逆位相となっている
。演算回路６０の出力パルスは分配回路４０に与えられ
、この分配回路４０から励磁回路３０のパワートランジ
スタ３１．３２を第５図に示すように予め定められた順
序にオン、オフさせるためのベース信号が出力される。

したがって、ステッピングモータ１のロータ１０が回転
を開始する。

この場合、ステッピングモータ１の固有の速度変動を考
慮に入れ、各励磁相Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅの励磁タイミン
グを制御しているので、固有の速度変動分を打ち消すこ
とができ、滑らかな回転を行なわせることができる。

第６図（ａ）はステッピングモータ１を定速同転勤駆動
しているときの励磁切換タイミングを示している。この
切換タイミングにしたがって各相を構成する励磁巻線の
励磁が切換られる。この駆動装置２では、励磁切換タイ
ミングの時間間隔をΔｔを基準としてΔｔ　Ｉａｉｎ〜
Δｔ　ｎ＋ａｘの間で変動させている。この時間間隔の
逆数がパルスレートであり、このパルスレートは第６図
（ｂ）に示すように周期Ｔで正弦波状に変動している。

もし、ステッピングモータ１に固有の速度変動がなけれ
ば、ステッピングモータ１は第６図（ｂ）に示すような
周期Ｔで速度変動しながら回転する。

しかし、通常のステッピングモータには必ず固有の速度
変動が存在している。この駆動装置２では周期Ｔをステ
ッピングモータ固有の速度変動周期と一致させ、かつ、
はぼ逆位相となるように励磁切換タイミングの時間間隔
、つまりパルスレートを変動させている。したがって、
今、振幅が適当に設定されているものとすると、ノ＜ル
スレートの変動に伴う速度変動でステッピングモータ固
有の速度変動を打消すことができ、ロータ１０を滑かに
回転させることができる。

第７図には、この駆動装置２を使ってノ１イブリッド形
５相ステッピングモータの速度変動を低減した例が示さ
れている。これは先に第２２図および第２３図を用いて
説明したモータを使い、同じ駆動条件（速度設定器の出
力パルスのパルスレートが１５００ｐｐｓ　）で、かつ
励磁切換タイミングの時間間隔の変動周波数を１５０Ｈ
ｚとし、しかも上記変動位、相がステッピングモータ固
有の速度変動と逆位相となるように制御した例である。

このときのパワースペクトルは第８図に示す結果となっ
た。

この図から、速度変動低減のターゲットとしている１５
０Ｈｚでのピークレベルが第２３図の場合に比べて激減
し、速度波形が滑らかになっていることが判る。

第９図には本発明に係るステッピングモータの駆動装置
を実際に組み込んだメカトロニクス応用機器、ここには
レーザページプリンタが示されている。

まず、この図を用いてレーザページプリンタの印字プロ
セスを簡単に説明する。

図中１０１は感光ドラムである。この感光ドラム１０１
の表面部には、光の照射を受けたとき、その部分の比抵
抗が変化する有機光導電体等の光導電体層が形成されて
いる。この感光ドラム１０１を一定速度で回転させ、こ
の状態で感光ドラム１０１の表面を帯電チャージャ１０
２で一様に帯電させる。帯電された感光ドラム１０１の
表面に向け、高速で回転している多面鏡からなるポリゴ
ンミラー１０３で偏向されたレーザ光を画像情報に応じ
て点滅させながら照射する。感光ドラム１０１の表面で
レーザ光の照射された部分は比抵抗が低下し、その部分
に帯電していた電荷が感光ドラム１０１に接続されてい
るグランドラインを介して除電される。この結果、感光
ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。

静電潜像の形成された感光ドラム１０１の表面を現像器
１０４で帯電前と同極性のトナーで現像する。この結果
、静電潜像部分にトナーが付着してトナー像が形成され
る。一方、用紙カセット１０５に収納されている用紙（
図示せず）を取りだし、ローラ１０６で搬送して感光ド
ラム１０１の下部へ送り込む。そして、転写チャージャ
１０７を駆動してトナー像を用紙に転写する。用紙をさ
らに搬送し、ヒートローラからなる定着器１０８に送り
込み、用紙上に付着したトナーを溶融、圧着することに
よって画像を定着させる。定着の終了した用紙を用紙ス
タッカ１０９へ排出し、また転写の終了した感光ドラム
１０１の表面をクリーナ１１０でクリーニングし、残存
しているトナーを除去した後に次の画像形成プロセスへ
と進める。

このような印字プロセスを経るレーザページプリンタに
あっては、感光ドラム１０１の°回転速度が変動すると
、形成される画像に乱れが生じる。

したがって、画質向上のためには感光ドラム１０１の回
転速度変動を極力押さえる必要がある。

そこで、この実施例では次のようにして感光ドラム１０
１を駆動するようにしている。すなわち、第１０図に示
すように、ステッピングモータ１１１の回転出力を小径
のプーリ１１２、タイミングベルト１１３、大径のプー
リ１１４を介して感光ドラム１０１の軸１１５に伝えて
いる。そして、ステッピングモータ１１１を駆動装置２
ａで駆動するようにしている。

駆動袋ｆｉｔ　２　ａは、第１図に示したものと同様に
構成されている。すなわち、この駆動装置２ａは、周期
をステッピングモータ１１１およびこれによって駆動さ
れる感光ドラム１０１を含む系の固有の速度変動周期と
一致させ、かつ、はぼ逆位相となるように励磁切換タイ
ミングの時間間隔を変動させている。換言すると、ステ
ッピングモータ１１１の駆動パルスのパルスレートを、
パルスレートを一定にして駆動した時の感光ドラム１０
１の速度変動の主成分の周波数と同じ周波数で変動させ
、かつパルスレートの変動位相を上記速度変動に対して
逆位相にしている。そして、パルスレートの変動振幅も
最適に設定している。したがって、駆動装置２ａに内蔵
されている記憶回路５０（第１図参照）にはステッピン
グモータ１１１およびこれによって駆動される感光ドラ
ム１０１を含む系の固有の速度変動データが記憶されて
いる。

また、この実施例の場合には、感光ドラム１０１の交換
によって起こる固有の速度変動の変化に対処するために
、現場においてパルスレートを固定して＃ｊ定された感
光ドラム１０１の速度変動データをカード１１６に記録
し、このカード１１６を使って記憶回路５０のデータを
書き換え可能としている。なお、第１０図中、１１７は
画像情報を光の点滅信号に変換する半導体レーザ素子を
示し、１１８は反射ミラーを示し、またＳは駆動装置２
ａに与えられる駆動開始および停止信号を示している。

このような構成であると、感光ドラム振動系固有の回転
変動と入力パルスレートによる回転変動とを互いに逆位
相にできるので、感光ドラム１０１をほぼ一定速度で回
転させることができ、極めて良好な画像を形成すること
ができる。特に形成される画像が中間調を含むビクトリ
アルな画像である場合、感光ドラム１０１の僅かな回転
変動により中間調の画像部分にむらが生じるが、このよ
うな問題を確実に解消することができる。

なお、上記例は静電潜像を形成する光源をレーザ光とし
、高速回転するポリゴンミラーにより感光ドラムを走査
するものに適用しているが、たとえばＬＥＤを多数配置
したＬＥＤアレイヘッドを光源としたものにも適用でき
る。また、記録方式も電子写真方式のものに限らず、た
とえばイオン流による静電記録方式や磁気ヘッド記録方
式のものにも適用できる。

第１１図には本発明に係るステッピングモータの駆動装
置を組み込んだイメージスキャナの要部が示されいる。

また、第１２図にはその光学系が示されている。

まず、図を参照しながらイメージスキャナによる画像の
読取り原理について説明する。

第１２図に示すように、読取るべき画像原稿２０１をス
キャナユニット２０２の上部に配置された透明ガラスか
らなる原稿載置板２０３上に置く。スキャナユニット２
０２は光源ランプ２０４を備えている。光源ランプ２０
４から放射された光は原稿載置板２０３上の画像原稿２
０１を照らす。照らされた原稿画像はミラー２０５，２
０６２０７、レンズ２０８を順次弁して画像読取素子。

この例ではＣＣＤラインセンサ２０９上に結像する。

スキャナユニット２０２と、ミラー２０６゜２０７から
なるミラーユニット２１０とは、第１１閃に示すように
、ステッピングモータ２１１とタイミングベルト２１２
，２１３とによって図中矢印Ａ、Ａ’で示す方向に移動
制御される。Ａで示す方向は画像原稿を読取るときの方
向を示し、Ａ′で示す方向は復帰するときの方向を示し
ている。スキャナユニット２０２とミラーユニット２１
０とは、タイミングベルトとタイミングプーリとによっ
て２：１の速度比で移動するように制御される。これに
よって原稿面をスキャンしている間中、第１３図に示す
ように、レンズ２０８と原稿画との間の距離ｆ１が常に
一定に保たれ、ＣＣＤラインセンサ２０９上の結像の大
きさも一定に保たれる。

上記構成のイメージスキャナでは、スキャナユニット２
０２およびミラーユニット２１０を定速度でＡ方向に移
動させ、同時に光源ランプ２０４を点灯させ、この状態
で一定読取り周波数でＣＣＤラインセンサ２０９からデ
ータを読出すことによって原稿画像の読取りを行うよう
にしている。

このイメージスキャナではＣＣＤラインセンサ２０９の
読取り周期中のスキャナユニット２０２の移動量が移動
方向の読取り分解能に相当する。

そして、移動方向と直行する方向の分解能はＣＣＤライ
ンセンサ２０９のビット数によって決定される。この例
では、ＣＣＤラインセンサ２０９の読取り周波数を常に
一定としているので、スキャナユニット２０２の速度が
一定でないときには、本来読取るべき原稿位置からずれ
た部分を読取ることになり、読取りデータの信頼性が低
下し、この結果、この画像データをプリンタやデイスプ
レィに表示すると画像むらとなって再現されてしまうこ
とになる。

そこで、この実施例ではスキャナユニット２０２とミラ
ーユニット２１０とを駆動するステッピングモータ２１
１を駆動装置２ｂで駆動するようにしている。この駆動
装置２ｂは、基本的には第１図に示したものと同様に構
成されている。

すなわち、この駆動装置２ｂは、周期をステッピングモ
ータ２１１およびこれによって駆動される要素を含む系
の固有の速度変動周期と一致させ、かつ、はぼ逆位相と
なるように励磁切換タイミングの時間間隔を変動させて
いる。つまり、原稿読取りＩｌｂのステッピングモータ
２１１の駆動パルスのパルスレートを、パルスレートを
一定にして駆動したときの速度変動の主成分の周波数と
同じ周波数で変動させ、かつパルスレートの変動位相を
上記速度変動に対して逆位相にしている。そして、パル
スレートの変動振幅も最適に設定している。

なお、第１１図中、Ｓｌは正転制御指令を示し、Ｓ２は
逆転制御指令を示し、Ｓ３は拡大、縮小を選択するため
の速度切換制御指令を示している。

したがって、駆動装置２ｂ内の記憶回路５０（第１図参
照）には、各種速度においてパルスレートを固定して測
定された速度変動データが格納されている。

このような構成であると、スキャナユニット振動系固有
の速度変動と入力パルスレートによる速度変動とを逆位
相にでき、この結果、速度変動を十分少なくすることが
できるので、読取った画像データの再現性を向上させる
ことができる。また、この例ではＣＣＤラインセンサ２
０９の読取り周波数を一定にしたまま、スキャナユニッ
ト２０２の移動速度を変更することにより画像を拡大あ
るいは縮小して読取ることができるが、特に拡大して画
像を読取るときにその効果が大きい。すなわち、画像を
拡大して読取るとき、スキャナユニット２０２の移動速
度は等倍時より低速になる。低速時にはステッピングモ
ータ２１１の速度変動が大となる傾向があり、さらにス
キャナユニット２０２の移動方向の読取りピッチが小と
なるため、速度変動の影響が読取り画像に現れ易くなる
。しかし、この実施例では、どのような倍率に設定した
場合でも、スキャナユニット２０２の速度変動を抑制で
きるので上記のような問題を解消することができる。

第１４図には本発明に係るステッピングモータの駆動装
置を組み込んワイヤドツトシリアルプリンタの要部が示
されいる。

このプリンタの画像形成原理は以下の通りである。すな
わち、印字ヘッド３０１内に設けらた印字ワイヤ（図示
せず）を磁気力により印字ヘッド先端から所定時間突出
させる。印字ヘッド３０１と用紙３０２との間に繊維に
インクを染み込ませたインクリボン（図示せず）を介在
させ、印字ワイヤでインクリボンを用紙３０２に押し付
で用紙３０２上にドツトを印字する。この例では、印字
ヘッド３０１中に印字ワイヤが２４本設けてあり、各ワ
イヤを選択的に突出させ、印字されたドツトを組み合わ
せることにより文字などの画像を形成するようにしてい
る。

印字ヘッド３０１はキャリッジ３０３に固定されている
。キャリッジ３０３は含油軸受３０４を介してガイドシ
ャフト３０５ａ、３０５ｂに支持されている。キャリッ
ジ３０３は、ステッピングモータ３０６とタイミングベ
ルト３０７とによって図中矢印Ｂで示す方向に往復移動
制御される。

このとき、印字ヘッド３０１の印字ワイヤが駆動され、
キャリッジ３０３の１往復分の画像が印字される。１往
復分の印字が終了した時点で、用紙３０２を保持してい
るプラテンローラ３０８が一定量だけ回転制御され、続
いて次の１往復分の画像印字が開始される。

プラテンローラ３０８は、第１５図に示すように、ステ
ッピングモータ３０９によって駆動される。すなわち、
ステッピングモータ３０９の回転出力がギア３１０，３
１１．３１２を介してプラテンローラ３０８に伝えられ
る。なお、用紙３０２はプレッシャーローラ３１３によ
ってプラテンローラ３０８に密着状態に保持される。

この例では、印字ヘッド３０１の駆動周波数が一定に保
たれている。したがって、印字ヘッド３０１を搭載した
キャリッジ３０３の移動速度が変動すると、印字位置が
ずれて画像が乱れることになる。このため、キャリッジ
３０３の速度は常に一定であることが望まれる。

そこで、この例においては、キャリッジ３０Ｂを駆動す
るステッピングモータ３０６を駆動装置２ｃで駆動する
ようにしている。駆動装置２Ｃは、基本的には第１図に
示したものと同様に構成されている。すなわち、この駆
動装置２Ｃは、周期をステッピングモータ３０６および
これによって駆動される要素を含む系の固有の速度変動
周期と一致させ、かつ、はぼ逆位相となるように励磁切
換タイミングの時間間隔を変動させている。つまり、印
字時におけるステッピングモータ３０６の駆動パルスの
パルスレートを、パルスレートを一定にして駆動したと
きの速度変動の主成分の周波数と同じ周波数で変動させ
、かつパルスレートの変動位相を上記速度変動に対して
逆位相にしている。

そして、パルスレートの変動振幅も最適に設定している
。なお、第１４図中、ＳＩは正転制御指令を示し、Ｓ２
は逆転制御指令を示している。この例では、キャリッジ
３０３が往復動して１回の印字が行われるので、駆動装
置２Ｃ内の記憶回路５０（第１図参照）には、往動時に
おける速度変動データと復動時における速度変動データ
とが格納されている。

このような構成であると、キャリ・ソジ振動系固有ノ速
度変動と入力パルスレートによる速度変動とを逆位相に
できるので、速度変動を十分少なくでき、キャリッジ３
０３をほぼ一定速度で移動させることができる。したが
って、印字画像の画質を高めることができる。

なお、上記例は本発明に係る駆動装置でワイヤドツトシ
リアルプリンタのキャリ・フジ駆動用ステッピングモー
タを制御しているが、印字へ・ソドがインクジェットヘ
ッドや感熱へ・ソドなどの他のシリアルプリンタに適用
しても同様の効果が得られる。

第１６図には本発明に係るステ・ソビングモータの駆動
装置を組み込んだ昇華型熱転写ライシブ１ノンタの要部
が示されいる。

まず、このプリンタの原理を説明する。同図において、
４０１はサーマルヘッドを示し、４０２はサーマルヘッ
ド４０１に対向して配置されたプラテンローラを示し、
４０３はプラテンローラ４０２に案内されてサーマルヘ
ッド４０１の前面を移動する用紙を示している。このサ
ーマルヘッド４０１には多数の抵抗素子４０４が用紙４
０３の送り方向と直交する方向に配設されている。なお
、抵抗素子４０４の配設されている領域の長さは、画像
が記録される用紙４０３の幅とほぼ同じ長さに設定され
ている。プラテンローラ４０２によって案内される用紙
４０３と抵抗素子４０４との間には用紙４０３と同一速
度で同一方向に案内されるインクフィルム４０５が配置
されている。

このインクフィルム４０５は、ベースフィルム４０６と
昇華性インクからなる色材層４０７とで構成されている
。

画像の形成はサーマルヘッド４０１の抵抗素子４０４に
選択的に通電することにより抵抗素子４０４を発熱させ
、この発熱でインクフィルム４０５の色材層４０７のイ
ンクを昇華させ、これを用紙４０３の受容層４０８に付
着させることによって行われる。これにより用紙４０３
上にドツトが印字され、これらドツトを組み合わせによ
って画像が形成される。

用紙４０３は、第１７図に示すように、プレッシャーロ
ーラ４０９によってプラテンローラ４０２に密着状態に
保持されている。プラテンローラ４０２はタイミングベ
ルト４１０を介してステッピングモータ４１１によって
駆動される。この例では、画像形成時間を短縮するため
にサーマルヘッド４０１が駆動されている期間中もプラ
テンローラ４０２が駆動されるようにしている。

このように構成される昇華型熱転写ラインプリンタにあ
っては、サーマルヘッド４０１の駆動周波数が一定であ
るため、プラテンローラ４０２の回転速度に変動がある
と印字位置にずれが生じ画質が劣化してしまうことにな
る。

そこで、この実施例では、ステッピングモータ４１１を
駆動装置２ｄで駆動するようにしている。

駆動装置２ｄは、基本的には第１図に示したものと同様
に構成されている。すなわち、この駆動装置２ｄは、周
期をステッピングモータ４１１およびこれによって駆動
される要素を含む系の固有の速度変動周期と一致させ、
かつ、はぼ逆位相となるように励磁切換タイミングの時
間間隔を変動させている。つまり、ステッピングモータ
４１１の駆動パルスのパルスレートを、パルスレートを
一定にして駆動したときの速度変動の主成分の周波数と
同じ周波数で変動させ、かつパルスレートの変動位相を
上記速度変動に対して逆位相にしている。そして、パル
スレートの変動振幅も最適に設定している。

このような構成であると、プラテンローラ振動系固有の
速度変動と入力パルスレートによる速度変動とを逆位相
にでき、両変動を互いに打消し合わせることができるの
で、速度変動を十分少なくでき、プラテンローラ４０２
をほぼ一定速度で回転させることができる。したがって
、印字画像の画質を向上させることができる。

なお、上記例は昇華型ラインプリンタに適用した例であ
るが、熱溶融型ラインプリンタや通電型ラインプリンタ
などの他の方式の熱転写ラインプリンタに適用しても同
様の効果を得ることができる。

上述した各実施例は、低減すべき速度変動がたとえば１
０ステップ分に相当するような、励磁切換タイミングの
時間間隔を比較的滑らかに変動させることができるステ
ッピングモータを対象にしている。しかし、たとえば２
相ステツピングモータでは励磁相が２つとなり、励磁相
のばらつきによる出力トルクの変動が４ステツプに相当
することがある。このような場合、励磁切換タイミング
の時間間隔を正弦波状に変動させようとしても滑らかな
変動カーブにはならず、充分な速度変動低減効果が得ら
れないことがある。

このように、充分に滑らかな変動カーブが得られない場
合には、マイクロステップ駆動を併用すればよい。この
駆動方法は同時に励磁している異なる励磁巻線への印加
電圧を段階的に増減することにより、ロータ停止点をず
らすものであり、基本ステップ量を数ステラプル数１０
ステップに分割することができる。

マイクロステップ駆動の概念を第１８図を用いて簡単に
説明する。この例は２相バイポーラ型ステツピングモー
タであり、ロータ５００とステータ６００の構造は５相
ステツピングモータとほぼ同様であるが、励磁巻線数が
２組である。各励磁巻線Ｘ、Ｙに印加する電圧はパルス
状ではなく、デジタル演算回路から出力されたデジタル
量をＤ／Ａ変換するなどして第１９図に示すような正弦
波状としている。また、励磁巻線Ｘ、励磁巻線Ｙへの印
加電圧は９０°位相がずれるようにしである。

このような駆動方法で励磁すると、ロータの移動量は第
１９図に示すようになり、この例では基本ステップ量θ
Ｓの１／４ずつステップ動作する。

このように、速度変動周期が基本ステップの４ステツプ
分であるときには、励磁タイミング切換時間の時間間隔
を１６ステツプで周期的に変動させればよく、これによ
って、より滑らかにでき、速度変動低減効果を増大させ
ることができる。

なお、２相ステツピングモータにおいてマイクロステッ
プ駆動を併用する場合について説明したが、５相あるい
は４相ステツピングモータでも全く同様であり、マイク
ロステップ駆動を併用して励磁切換タイミングの時間間
隔を周期的に切換えることにより、速度変動低減効果を
増すことができる。

さらに、本発明はステッピングモータであれば、形、相
数に限定されるものではない。また、上述した実施例で
はステッピングモータ固有の速度変動が、単一の周波数
成分を持つ場合への適用について述べているが、複数の
周波数成分を持っていても、その周波数がステッピング
モータ駆動周波数より小さい範囲にあれば本発明の適用
が可能である。また、本発明はステッピングモータでＣ
Ｔスキャナの寝台を駆動する場合などを含めてステッピ
ングモータを組み込んだメカトロニクス応用機器全般に
適用できる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、外部的付加要素を必要
とすることなく、ステッピングモータ固有あるいはこの
モータによって駆動される負荷を含めた系の固有の速度
変動を簡便に低減できるので、従来、困難であった精密
機器への適用に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した駆動装置の概略構成図、第２
図は同装置によって駆動されるステッピングモータにお
けるロータの縦断面図、第３図は同ロータを組み込んだ
ステータの平面図、第４図は同駆動装置における励磁回
路の構成図、第５図は同駆動装置における分配回路の動
作シーケンスを示す図、第６図（ａ）は同駆動装置のお
ける演算回路のパルス出力の一例を示す図、第６図（ｂ
）は同パルス出力をパルスレートに変換した例を示す図
、第７図は同駆動装置で高速域を制御した例の速度変動
結果を示す図、第８図は第７図に示す条件におけるパワ
ースペクトルを示す図、第９図は本発明に係る駆動装置
を組み込んだレーザベージプリンタの概略構成図、第１
０図は同プリンタの感光ドラム駆動系だけを取り出して
示す図、第１１図は本発明に係る駆動装置を組み込んだ
イメージスキャナの要部構成図、第１２図は同イメージ
スキャナの光学系を示す図、第１３図は同光学系の等両
図、第１４図は本発明に係る駆動装置を組み込んだワイ
ヤドツトシリアルプリンタの要部構成図、第１５図は同
プリンタのプラテンローラ駆動系を示す図、第１６図は
本発明に係る駆動装置を組み込んだ熱転写ラインプリン
タの要部構成図、第１７図は同プリンタのプラテンロー
ラ駆動系を示す図、第１８図および第１９図はマイクロ
ステップ駆動方式を併用する場合の例を説明するための
図、第２０図はハイブリッド形５相ステッピングモータ
において各励磁相聞にトルク出力のばらつきがない場合
のトルク出力特性を示す図、第２１図はハイブリッド形
５相ステッピングモータにおいて各励磁相聞にトルク出
力のばらつきが存在している場合のトルク出力特性を示
す図、第２２図はハイブリッド形５相ステッピングモー
タにおいて各励磁相聞にトルク出力のばらつきが存在し
ている場合の速度変動を示す図、第２３図は第２２図に
示した条件でのパワースペクトルを示す図である。 １・・・ステッピングモータ、２，２ａ、２ｂ２ｃ、２
ｄ・・・駆動装置、１０．５００・・・ロータ、２０．
６００・・・ステータ、３０・・・励磁回路、４０・・
・分配回路、５０・・・記憶回路、６０・・・演算回路
、７０・・・速度設定器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステッピングモータを駆動するために、ステータ
   側に設けられた複数の励磁巻線を所定の順序で切換え励
   磁するに当り、そのステッピングモータ固有の速度変動
   に対応させて励磁を切換える時間間隔を周期性を持たせ
   て変動させるようにしたことを特徴とするステッピング
   モータの駆動方法。
2. （２）励磁の切換えに供されるパルスのパルスレートを
   前記ステッピングモータ固有の速度変動とは逆位相に変
   動させていることを特徴とする請求項１に記載のステッ
   ピングモータの駆動方法。
3. （３）ステッピングモータを駆動するために、ステータ
   側に設けられた複数の励磁巻線を所定の順序で切換え励
   磁するに当り、そのステッピングモータおよび上記モー
   タによって駆動される負荷を含めた系の固有の速度変動
   に対応させて励磁を切換える時間間隔を周期性を持たせ
   て変動させるようにしたことを特徴とするステッピング
   モータの駆動方法。
4. （４）励磁の切換えに供されるパルスのパルスレートを
   前記ステッピングモータおよび上記モータによって駆動
   される負荷を含めた系の固有の速度変動とは逆位相に変
   動させていることを特徴とする請求項３に記載のステッ
   ピングモータの駆動方法。
5. （５）マイクロステップ駆動を併用していることを特徴
   とする請求項１または３に記載のステッピングモータの
   駆動方法。
6. （６）ステッピングモータを駆動するために、ステータ
   側に設けられた複数の励磁巻線を所定の順序で切換え励
   磁するためのものであって、前記ステッピングモータの
   固有の速度変動データまたはステッピングモータおよび
   上記モータによって駆動される負荷を含めた系の固有の
   速度変動データを予め記憶する記憶手段と、励磁を切換
   えるためのパルスを発生するパルス発生手段と、前記記
   憶手段に記憶されている速度変動データを読出し、この
   速度変動データに対応させて前記パルス発生手段で発生
   したパルスのパルスレートを速度変動とは逆位相に変動
   させて出力する手段とを具備してなることを特徴とする
   ステッピングモータの駆動装置。